Номер 9, страница 313 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Лабораторные работы - номер 9, страница 313.

Условие.

Лабораторная работа 9

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции.

Оборудование: постоянный магнит, электромагнит разборный, миллиамперметр, соединительные провода, источник постоянного тока, ключ, реостат, катушка.

Указания к выполнению работы

1. Соберите цепь, состоящую из катушки и миллиамперметра.

2. Опуская постоянный магнит внутрь катушки, определите направление возникающего индукционного тока (рис. Л5).

3. Вынимайте магнит из катушки. Изменилось ли направление индукционного тока?

4. Возникает ли индукционный ток, когда магнит покоится относительно катушки? Как вы это определили?

5. Закрепите магнит в штативе. Повторите опыт, перемещая катушку вдоль магнита (рис. Л6).

6. Как направление индукционного тока зависит от направления движения катушки?

7. Влияет ли скорость движения катушки на значение силы индукционного тока?

8. Соберите ещё одну электрическую цепь, состоящую из источника тока, второй катушки, реостата и ключа. Расположите первую катушку рядом со второй так, чтобы часть её входила во вторую катушку.

9. Проверьте, возникает ли индукционный ток в первой катушке при замыкании и размыкании цепи второй катушки.

10. Определите направление возникающего индукционного тока.

11. Замкните цепь. Проверьте, возникает ли индукционный ток в первой катушке, если силу тока во второй катушке изменять с помощью реостата.

12. Какое направление имеет индукционный ток при возрастании силы тока во второй катушке? при убывании силы тока во второй катушке?

13. Запишите ваши действия и наблюдения в таблицу. Сделайте выводы.

№ п/п	Действия с магнитом и катушкой	Что наблюдаем
1

Решение.

2. Опуская постоянный магнит внутрь катушки, определите направление возникающего индукционного тока (рис. Л5).

При опускании магнита в катушку изменяется магнитный поток, пронизывающий витки катушки. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, это изменение магнитного потока создает в катушке индукционную ЭДС и, как следствие, индукционный ток. Направление этого тока определяется правилом Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему этот ток. Например, если в катушку опускать магнит северным полюсом вниз, то магнитный поток, направленный вниз, будет возрастать. В ответ на это в катушке возникнет индукционный ток, который создаст собственное магнитное поле, направленное вверх. Верхний торец катушки станет северным полюсом, который будет отталкивать приближающийся магнит. Направление тока можно определить по правилу правой руки (правилу буравчика). Прибор (миллиамперметр) покажет отклонение стрелки в определенную сторону.

Ответ: Направление индукционного тока таково, что созданное им магнитное поле препятствует движению магнита. Если опускать северный полюс, то верхний конец катушки станет северным полюсом; если опускать южный полюс — южным.

3. Вынимайте магнит из катушки. Изменилось ли направление индукционного тока?

Да, направление индукционного тока изменилось на противоположное. Когда магнит вынимается из катушки, магнитный поток через нее снова изменяется, но на этот раз он уменьшается. Согласно правилу Ленца, индукционный ток создаст магнитное поле, которое будет стремиться скомпенсировать это уменьшение, то есть будет направлено в ту же сторону, что и поле магнита. Например, при вынимании северного полюса из катушки (уменьшение потока, направленного вниз), индуцированное магнитное поле также будет направлено вниз. Верхний торец катушки станет южным полюсом, который будет притягивать удаляющийся северный полюс магнита. Так как направление индуцированного магнитного поля изменилось на противоположное по сравнению с предыдущим опытом, то и направление индукционного тока также изменилось. Стрелка миллиамперметра отклонится в противоположную сторону.

Ответ: Да, направление индукционного тока изменилось на противоположное.

4. Возникает ли индукционный ток, когда магнит покоится относительно катушки? Как вы это определили?

Нет, индукционный ток не возникает, когда магнит и катушка неподвижны друг относительно друга. Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении тока только при изменении магнитного потока через контур. Если относительного движения нет, то магнитный поток, пронизывающий катушку, постоянен. Скорость изменения магнитного потока равна нулю ($\frac{d\Phi}{dt} = 0$), следовательно, индукционная ЭДС и индукционный ток также равны нулю. Экспериментально это определяется по показаниям миллиамперметра: его стрелка будет находиться на нулевой отметке.

Ответ: Нет, не возникает. Это можно определить по миллиамперметру, стрелка которого остается на нуле.

6. Как направление индукционного тока зависит от направления движения катушки?

Направление индукционного тока напрямую зависит от направления движения катушки относительно магнита (или наоборот). Изменение направления движения на противоположное приводит к изменению направления индукционного тока также на противоположное. Например, если при движении катушки вниз (надевании на магнит) ток течет в одном направлении, то при движении катушки вверх (снимании с магнита) ток будет течь в обратном направлении. Это объясняется тем, что при смене направления движения характер изменения магнитного потока меняется с возрастания на убывание (или наоборот), что по правилу Ленца приводит к смене направления индукционного тока.

Ответ: При изменении направления движения катушки на противоположное, направление индукционного тока также меняется на противоположное.

7. Влияет ли скорость движения катушки на значение силы индукционного тока?

Да, скорость движения катушки влияет на величину силы индукционного тока. Согласно закону Фарадея, величина ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $\mathcal{E}_{ind} = - \frac{d\Phi_B}{dt}$. Чем больше скорость относительного движения магнита и катушки, тем быстрее изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку. Следовательно, тем больше возникающая ЭДС индукции и, согласно закону Ома для полной цепи ($I_{ind} = \frac{\mathcal{E}_{ind}}{R}$), тем больше сила индукционного тока. Экспериментально это проявляется в большем отклонении стрелки миллиамперметра при более быстром движении.

Ответ: Да, влияет. Чем выше скорость движения катушки, тем больше сила индукционного тока.

9. Проверьте, возникает ли индукционный ток в первой катушке при замыкании и размыкании цепи второй катушки.

Да, индукционный ток в первой катушке (назовем ее вторичной) возникает как в момент замыкания, так и в момент размыкания цепи второй катушки (первичной). Когда цепь первичной катушки замыкается, в ней возникает ток, который создает вокруг себя магнитное поле. Это поле нарастает от нуля до некоторого постоянного значения. Нарастающее магнитное поле создает изменяющийся (увеличивающийся) магнитный поток через вторичную катушку, что и вызывает в ней кратковременный индукционный ток. Аналогично, при размыкании цепи ток в первичной катушке исчезает, ее магнитное поле спадает до нуля. Это создает изменяющийся (уменьшающийся) магнитный поток через вторичную катушку и снова индуцирует в ней кратковременный ток, но уже противоположного направления.

Ответ: Да, индукционный ток возникает в моменты замыкания и размыкания цепи второй катушки.

10. Определите направление возникающего индукционного тока.

Направление индукционного тока определяется правилом Ленца.
1. При замыкании цепи второй катушки: Магнитный поток, создаваемый второй катушкой, возрастает. Индукционный ток в первой катушке создаст такое магнитное поле, которое будет направлено навстречу полю второй катушки, чтобы скомпенсировать его нарастание.
2. При размыкании цепи второй катушки: Магнитный поток убывает. Индукционный ток в первой катушке создаст магнитное поле, направленное в ту же сторону, что и поле второй катушки, чтобы поддержать убывающий поток.
Точное направление (по часовой или против часовой стрелки) зависит от того, как намотаны катушки и в каком направлении течет ток в первичной цепи.

Ответ: При замыкании цепи направление индукционного тока таково, что его магнитное поле противодействует нарастающему полю второй катушки. При размыкании — его магнитное поле сонаправлено с убывающим полем второй катушки.

11. Замкните цепь. Проверьте, возникает ли индукционный ток в первой катушке, если силу тока во второй катушке изменять с помощью реостата.

Да, индукционный ток в первой катушке возникает при изменении силы тока во второй катушке с помощью реостата. Изменение сопротивления реостата приводит к изменению силы тока во второй катушке ($I = U/R$). Так как величина магнитного поля, создаваемого катушкой, прямо пропорциональна силе тока в ней, то изменение тока вызывает изменение магнитного поля. Это изменяющееся магнитное поле, в свою очередь, создает переменный магнитный поток через первую катушку, что и приводит к возникновению в ней индукционного тока. Ток будет существовать всё время, пока движется ползунок реостата, то есть пока меняется ток в первичной цепи.

Ответ: Да, возникает. Индукционный ток существует до тех пор, пока меняется сила тока во второй катушке.

12. Какое направление имеет индукционный ток при возрастании силы тока во второй катушке? при убывании силы тока во второй катушке?

Направление индукционного тока определяется правилом Ленца.
При возрастании силы тока во второй катушке: Магнитный поток через первую катушку увеличивается. Возникающий в ней индукционный ток будет создавать магнитное поле, направленное противоположно магнитному полю второй катушки, чтобы противодействовать этому увеличению.
При убывании силы тока во второй катушке: Магнитный поток через первую катушку уменьшается. Индукционный ток создаст магнитное поле, направленное в ту же сторону, что и поле второй катушки, чтобы скомпенсировать это уменьшение.

Ответ: При возрастании тока во второй катушке магнитное поле индукционного тока направлено противоположно полю второй катушки. При убывании тока — сонаправлено с полем второй катушки.

13. Запишите ваши действия и наблюдения в таблицу. Сделайте выводы.

Таблица наблюдений:

1. Действие: Опускаем магнит в катушку. Наблюдение: Стрелка миллиамперметра отклоняется в одну сторону, указывая на возникновение индукционного тока.

2. Действие: Вынимаем магнит из катушки. Наблюдение: Стрелка миллиамперметра отклоняется в противоположную сторону.

3. Действие: Магнит неподвижен относительно катушки. Наблюдение: Стрелка миллиамперметра находится на нуле. Индукционный ток отсутствует.

4. Действие: Увеличиваем скорость движения магнита. Наблюдение: Увеличивается отклонение стрелки миллиамперметра, т.е. возрастает сила индукционного тока.

5. Действие: Замыкаем/размыкаем цепь второй катушки (электромагнита). Наблюдение: В моменты замыкания и размыкания в первой катушке возникает кратковременный индукционный ток.

6. Действие: Изменяем силу тока во второй катушке с помощью реостата. Наблюдение: При изменении силы тока во второй катушке в первой катушке возникает индукционный ток.

Выводы:

1. Индукционный электрический ток возникает в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Изменение магнитного потока может быть вызвано как движением постоянного магнита относительно контура, так и изменением тока в соседнем контуре (электромагните).

2. Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем больше величина индукционного тока.

3. Направление индукционного тока зависит от того, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур, а также от направления линий внешнего магнитного поля. Оно определяется правилом Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он был вызван.

Ответ: Выполнены записи в таблице и сделаны выводы, обобщающие явление электромагнитной индукции.